岩石的脆-延性转换

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1、S2.4脆-塑性转换我们经常听说“脆-延性转换”这个词，但对‘脆-延性转换’概念有不同的理解。最初，岩石脆-延性转换指从岩石的局部形变破坏（宏观破裂）到宏观均匀流动变形（包括各种变形：如碎裂流动）的转化，这种宏观破坏形式的转化仅与力学行为的变化有关(图2.4.1-2.4.3)。目前，人们对脆延性转换的认识逐渐从力学行为和宏观结构扩展到微观机制，提出脆延性转化更多的是指脆性（破裂、碎裂或摩擦）向晶体塑性形变的转化（Rutter1986），(后文称为“脆-塑性转换”),这种转化与力学行为和微观的变化相关。S2.4脆-塑性转换图:2.4.1脆性和延性的应力-应变曲线示

2、意图S2.4脆-塑性转换图:2.4.2脆-延性转换带示意图S2.4脆-塑性转换图:2.4.3岩石的脆-延性转换S2.4脆-塑性转换Kohlstedtetal.(1995）给出了脆-延和脆-塑性转换的示意图（图2.4.4），定义脆性破裂的MoroCoulomb准则与Byerlee摩擦定律的交点为BDT(Brittle-ductiletransition)，认为是一种形变模式的转变；定义MoroCoulomb准则与Goetze准则（岩石材料完全蠕变）的交点为BPT(Brittle-plastictransition)，认为是一种形变主要机制的转变。LiandZang

3、(2002)认为BDT的定义不恰当，因为脆性破裂与摩擦同属于脆性区，因此从脆性到半脆性的转换点应该在他们所规定的BDT和BPT之间的某个点。S2.4脆-塑性转换图:2.4.4Kohlstedtetal.(1995)给出的“脆-延”和“脆-塑”性转换的示意图S2.4脆-塑性转换当温度和压力升到足够高时，晶质材料的纯脆性行为便转变为晶体的塑性。从脆性到塑性通常存在宽广的转换带，包括微观尺度上脆性和塑性作用的混合物，流变学上为宏观延性。这样，浅部的脆性断层在一定深度(主要取决于岩性和状态参数）以下将变成塑性剪切作用。这种碎裂圈和塑性圈之间的过渡标志着地球力学性质的显著

4、变化，限制了地震和其它正常的脆性现象的发生深度。S2.4脆-塑性转换“延性”和“塑性”的区别：延性是用来描述允许大应变，以宏观均质形变为特征而不管所包括的微观机制如何的流变性质；塑性暗指潜在变形的机制是某种形式的位错运动，可能还包括扩散。这里避免使用脆-延性转换这一术语，因为这会在形变模式和机制之间引起了混乱，并进一步导致了关于力学行为(尤其是断层化过程)的这种转换的误解(Rutter,1986)，而采用“脆-塑性转换”来表示从纯脆性行为到纯塑性行为的整个转换过程，包括半脆性域，它以脆性-半脆性转换和半脆性-塑性转换为上下限。S2.4.1普遍原理目前对岩石的脆-

5、塑性转换还处在定性认识的水平上。转换发生在位错传播和裂纹扩展同等容易的条件下，因此可以把这种转换当作裂纹化和位错运动相互竞争的过程。裂纹化作用包括体积增加和摩擦做功，故增大压力会抑制这一作用；但位错滑移既不出现体积变化也无摩擦作用，因此，它对压力不敏感。另一方面，由于位错是晶格缺陷，其活动性受热加强，位错运动随着温度的升高而加剧；而像裂纹之类的表面缺陷则非如此，如果忽略环境效应，那么，由应力引起的裂纹化过程则对温度不敏感。由此，高温和高压都有助于塑性流动，而任何结晶固体的形变都具有明显的脆性域和塑性域的转换。S2.4.1普遍原理这一变形模式的变化不是突然的，而是

6、经过一个半脆性区域渐变化的，如图2.4.5所示(CarterandKirby,1978;Kirby,1983)。图:2.4.5脆-塑转换的?−?空间示意图S2.4.1普遍原理逐渐转换有许多原因，其中之一是多晶质本身塑性化的开始是一渐变的过程。脆-塑性转换通常在低温条件下就已开始，塑性流动的主要方式是位错滑移。位错滑移要打破一个键后通过产生一个联结二个等价晶场的增量剪切位移矢量?，这一Burgers矢量?必须位于一个合理平面的合理方向上，不能包含任何不稳定的过渡位置。这样，位错滑移便受到晶体结构的严格限制，仅可能在有限的滑动体系内发生。S2.4.1普遍原理对硅酸盐

7、岩更是如此，因为它们具有主要由排列方向严格的强共价键构成的复杂结构，且对称性低，因而在任何滑移系中可能的滑移方向数都不多。不同滑移系间产生滑移的临界分解剪切应力是互相独立的，这样在任何一组条件下总有一个滑移系“容易”滑动，同时其它滑动系则“难”以滑动（需要更高的活化(激发)应力）。对于多晶质的完全塑性流动，要求每一个颗粒必须能够自由变形，这就要求有5个独立的滑移系，此条件即所谓的vonMises-Taylor准则。所以，当最易滑移的滑移系被活化时，脆-塑性转换便开始了，当5个独立的滑移系都活化了，或者对硅酸盐岩而言，当温度高到足以使扩散控制的过程（如攀移和恢复）

8、可以部分排除vonMis